【Journal of Translational Medicine】Olink蛋白组学助力膀胱癌患者早期诊断标志物开发

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研究背景
膀胱癌(Bladder Cancer, BC)是世界十大恶性肿瘤之一,发病率和死亡率较高。2020年,全球报告了约573,000例新的膀胱癌病例,超过212,000人死于BC。据中国国家癌症中心(2022年)的报告,中国每年约有82,300例新的BC病例和33,700例死亡病例。该疾病表现为非肌层浸润膀胱癌(NMIBC)、肌层浸润膀胱癌(MIBC)或为疾病的转移形式。与NMIBC相比,MIBC通常需要更复杂和风险更大的手术,术后并发症更多,并且显著降低患者的生活质量。因此,BC的早期筛查与诊断具有重要意义。目前BC的诊断仍依赖于肾活检,膀胱镜检查是一种高敏感的检测方法,但具有侵入性且价格昂贵,患者常常在检查过程中感到不适。无创的血清或尿液生物标志物的发现及相关早期诊断模型的建立将有助于BC的早期筛查和诊断,改善治疗现状

图源自网络

 
 

新文速递

中国科学院宁波材料技术与工程研究所郑建萍团队宁波第一医院泌尿外科吴科荣主任医师团队近期在Journal of Translational Medicine(IF 7.4发表研究论文:基于Olink蛋白质组学技术,对99名膀胱癌患者的血清和尿上清蛋白进行检测,在92个蛋白质中发现AREG、ESM-1、FGFBP1、WFDC2、PVRL4和RET可作为潜在的膀胱癌生物标志物。使用LASSO方法开发了一个包括血清和尿上清共14个生物标志物的诊断模型,其AUC为0.91,准确度为0.86,灵敏度为0.87,特异度为0.82。该模型在检测低风险膀胱癌(包括低分级和低分期的膀胱癌)方面表现优于FISH,并且在检测不同分级、分期和大小的膀胱癌病例方面更为优越。该成果为膀胱癌早期筛查和早期诊断提供了有价值的研究基础。

文章亮点

 ● 从Olink蛋白质组中发现AREG、ESM-1、FGFBP1、WFDC2、PVRL4和RET可作为潜在的膀胱癌生物标志物;

 ● 使用单细胞测序技术和免疫组化技术验证潜在生物标志物在膀胱癌细胞和组织中的表达差异;

 ● 使用血清和尿液上清蛋白的诊断模型,用于膀胱癌的早期诊断,表现出良好的性能,并有望应用于更深入的研究。

图形摘要

研究解读

研究回顾性收集了膀胱癌患者(n=99)和健康对照组(n=50)的血清和尿液样本,利用Olink 邻位延伸分析(PEA)技术检测了92种与炎症相关的蛋白质的表达水平。然后通过单变量分析评估差异蛋白质表达(p <0.05)。选定的潜在生物标志物的表达还通过免疫组化和单细胞测序在膀胱癌和邻近组织中进行了进一步验证。通过LASSO回归构建了一个模型,以区分膀胱癌患者和健康对照组,并与FISH的检测能力进行了比较。

血清和尿液上清的蛋白质组学研究策略

单变量分析结果显示,膀胱癌患者的血清中有40种蛋白质(p <0.05),尿液样本中有17种蛋白质(p <0.05)的表达水平与健康对照组存在显著差异。

血清样本的GO分析结果显示,蛋白质主要富集在生物过程(BP)中,如tumor necrosis factor-mediated signaling pathways、positive regulation of MAPK cascade、positive regulation of I-kappaB kinase/NF-kappaB signaling和regulation of cell proliferation。细胞定位显示,大多数蛋白质定位在细胞外区域和细胞膜上,其中一些蛋白质同时存在于两个位置。KEGG分析结果显示,富集的通路主要包括PI3K-Akt信号通路、MAPK信号通路和Ras信号通路。

检测蛋白表达热图,血清及尿液上清蛋白表达差异火山图,差异表达蛋白的ROC曲线

尿液上清的GO分析结果显示,BP中富集的条目为positive regulators of cell proliferation和negative regulators of the ERBB signaling pathway。细胞定位显示,这些蛋白质定位在细胞外区域和细胞膜上。KEGG分析结果显示,尿液上清中的蛋白质主要富集于ErbB信号通路、MAPK信号通路、HIF-1信号通路和PI3K-Akt信号通路。在PPI网络中,没有找到基于AUC值的前五个血清生物标志物之一。相反,IL6VEGFA具有最高的度数分数,表明它们可能在膀胱癌中发挥重要作用。此外,IL6和VEGFA与AREG、TFPI-2和RET密切相关。在尿液上清中差异表达的蛋白质中,EGF和ERBB2具有最高的度数分数,表明它们在膀胱癌中也可能发挥作用,这两种蛋白质只与AREG相关。

显著差异蛋白质的GO和KEGG分析

根据上述结果,研究人员选择了六种蛋白质(AREG、RET、WFDC2、FGFBP1、ESM-1和PVRL4)作为潜在的膀胱癌生物标志物,并通过免疫组化和单细胞测序在蛋白质和转录组水平评估了它们的表达。

最后,研究人员使用LASSO回归建立了一个诊断模型(签名),由14个蛋白质标记物组成(其中11个在血清中,3个在尿液中),用于区分膀胱癌患者和健康对照组(AUC = 0.91,PPV = 0.91,灵敏度 = 0.87,特异度 = 0.82)。该模型显示出了比FISH更好的诊断效能,尤其是在早期、小型和低级别的膀胱癌中。
写在最后

液体活检是膀胱癌早期诊断的可行方法,具有无创和高度可重复的特点,可用于膀胱癌的早期诊断和治疗。由于肿瘤发展期间的分子变化极其复杂,具有多种诊断特征的标志物组合比单一诊断标志物表现出更好的性能。本研究利用Olink PEA蛋白质组学鉴定了潜在的与炎症相关的蛋白质生物标志物。使用PEA检测了BC患者和健康对照参与者的92种与炎症相关的蛋白质,筛选出AREG、ESM-1、FGFBP1、WFDC2、PVRL4和RET作为潜在的膀胱癌蛋白标志物。利用LASSO方法开发了一个包括血清和尿液上清中的14个生物标志物的综合诊断模型。该模型比FISH和已有蛋白质标记物检测方法具有更高的检测灵敏度,特别是对于早期、低级别和小型肿瘤,表现出了其在膀胱癌早期诊断中的价值。在研究中,基于PEA的新型液体活检技术结合了基于抗体和基于DNA的检测方法的优点,具有高度敏感性特异性,对疾病筛选和鉴定疾病诊断和分层检测生物标志物具有重要价值。

参考资料:

1. Kong T, Qu Y, Zhao T, et al. Identification of novel protein biomarkers from the blood and urine for the early diagnosis of bladder cancer via proximity extension analysis. J Transl Med. 2024;22(1):314.

 

 

 

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2025年1月8日 09:40
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